В высокотемпературных промышленных процессахТермопарные защитные трубки играют важную роль в обеспечении точного измерения температуры и защите датчиков температуры от суровых условий эксплуатации.
Однако точность измерения температуры зависит не только от максимального температурного сопротивления.
Во многих приложениях,герметичность газа является одним из важнейших факторов производительностипотому что агрессивные газы, расплавленные материалы и химические пары могут проникнуть в защитную трубку и повредить термопары.
Это особенно важно при:
- Печи с регулируемой атмосферой
- Системы тепловой обработки
- Металлургические процессы
- Печи для плавки стекла
- Оборудование для химической обработки
- Системы мониторинга расходных газов
Среди различных керамических защитных труб,керамические трубы из карбида кремния (SiC)широко используются из-за их отличной теплопроводности, устойчивости к тепловым ударам и высокой температурной стабильности.
Тем не менее, различные материалы SiC обеспечивают значительно различные уровни герметичности газа.
Понимание этой разницы имеет важное значение для выбора правильной трубы для защиты термопары.
Газонепроницаемость относится к способности защитной трубы предотвращать проникновение внешних газов, паров и жидкостей через стенку трубы и достижение элемента термопары.
Газонепроницаемая защитная трубка должна эффективно изолировать термопары от:
- Окислительные газы
- Атмосферы, содержащие серу
- Уменьшение газов
- Пары расплавленных металлов
- Коррозионные химические компоненты
Плохая герметичность газа может привести к:
- Загрязнение термопарой
- Окисление датчика
- Сбой электрической изоляции
- Неверные показания температуры
- Преждевременный сбой датчика
Поэтому герметичность газа напрямую влияет на надежность измерений и время работы оборудования.
При высоких температурах многие промышленные среды содержат высокореактивные газы.
Например:
Атмосфера может содержать:
- Пары щелочных газов
- Соединения серы
- Оксиды металлов
Эти вещества могут постепенно атаковать материалы термопары.
Контролируемые атмосферы могут включать:
- Водород
- Азот
- Газы, содержащие углерод
- Аммиак
Инфильтрация газа может изменить местную среду вокруг термопары и повлиять на точность измерения.
Расплавленные металлы и шлаки могут генерировать:
- Пары металлов
- Оксиды
- Реактивные соединения
Без достаточной защиты термопары могут быстро выйти из строя.
Не все защитные трубы из карбида кремния имеют одинаковую структуру.
Производственный процесс определяет:
- Порозность
- Микроструктура
- Проницаемость газа
- Устойчивость к коррозии
Наиболее распространенными материалами для защитных труб с СиС являются:
- Карбид кремния, связанный реакцией (RBSC / SiSiC)
- Карбид кремния, связанный нитридом кремния (Si3N4-C)
- Перекристаллизированный карбид кремния (R-SiC)
- Сцинтерованный карбид кремния без давления (SSiC)
Кремниевый карбид, связанный реакцией, производится путем инфильтрации пористого SiC-углеродного тела с расплавленным кремниевым.
Остаток кремния заполняет внутренние поры, создавая почти полностью плотную структуру.
Типичные характеристики:
| Недвижимость | Типичная стоимость |
|---|---|
| Плотность груза | 30,00 ≈ 3,05 г/см3 |
| Видимая пористость | ≈0% |
| Прочность газа | Отлично. |
| Максимальная рабочая температура | 1350−1400°C |
Из-за своей почти нулевой пористости SiSiC обеспечивает:
- Отличные характеристики уплотнения
- Высокая устойчивость к проникновению газа
- Надежная защита термопарой
Он особенно подходит для:
- Печи атмосферные
- Системы анализа газов
- Приложения для измерения температуры в герметичном состоянии
Однако наличие остатков свободного кремния ограничивает его максимальную температурную способность.
Длительное воздействие выше 1400°С может вызвать окисление и деградацию поверхности.
Перекристаллизированный карбид кремния производится без синтезирующих добавок.
Материал достигает:
- Чрезвычайно высокая чистота SiC
- Отличная устойчивость к окислению
- Высокая термостойкость
Типичные свойства:
| Недвижимость | Типичная стоимость |
|---|---|
| Чистота SiC | >99% |
| Максимальная рабочая температура | 1650°C |
| Плотность груза | ~2,7 г/см3 |
| Видимая пористость | ~ 15% |
Пористая структура обеспечивает отличную термостойкость.
Однако это также означает:
- Проницаемость газа выше
- Полное уплотнение газа не может быть гарантировано
Поэтому R-SiC идеально подходит для:
- Печи для плавки стекла
- Окислительные среды высокой температуры
- Атмосферы, содержащие серу
Но для термопаров из драгоценных металлов или для газочувствительных применений может потребоваться дополнительная внутренняя оболочка.
Силициевый нитрид соединяет в себе:
- Прочность частиц SiC
- Фаза связывания Si3N4
Типичные преимущества:
- Отличная теплостойкость
- Хорошая стабильность измерений
- Наличие большого диаметра
Тем не менее, пористая структура означает, что герметичность газа ниже, чем у SiC, связанного реакцией.
Он обычно используется в:
- Печи для тепловой обработки
- Керамические печи
- Системы прерывистого отопления
Частая ошибка заключается в выборе защитной трубы только в зависимости от максимальной температуры.
Однако фактический срок службы зависит от сочетания:
- Температура
- Атмосфера
- Химическая среда
- Тепловой цикл
- Требования к проницаемости газа
Например:
Приоритет:
✓ Высокая температурная устойчивость
✓ Сопротивляемость тепловым ударам
✓ Устойчивость к коррозии серы
Рекомендуется:
R-SiC
Приоритет:
✓ Газовая изоляция
✓ Точность измерений
✓ Длинный срок службы датчика
Рекомендуется:
Си-Си-Си (SiSiC) с реакционными связями
Приоритет:
✓ Сопротивляемость тепловым ударам
✓ Механическая долговечность
Рекомендуется:
SiC, связанный Si3N4
| Материал | Прочность газа | Способность к температуре | Тепловой удар | Типичное применение |
|---|---|---|---|---|
| SiSiC | Отлично. | 1350−1400°C | Отлично. | Атмосферная печь, анализ газов |
| R-SiC | Умеренный | До 1650°C | Отлично. | Стеклянная печь, коррозионные газы |
| Si3N4-SiC | Хорошо. | Около 1450°C | Отлично. | Печи с тепловым циклом |
| SSiC | Отлично. | До 1600°C | Очень хорошо. | Высокопроизводительные приложения |
Для достижения более длительного срока службы термопара:
Не выбирайте только на основе температуры.
Рассмотрим следующие факты:
- Состав газа
- Уровень окисления
- Химическое воздействие
- Требуемая производительность уплотнения
Для применений, связанных с:
- Термопары платино-родиовые
- Сильно коррозионные газы
- Защита драгоценных металлов
Двухстенная конструкция с алюминиевой оболочкой может значительно улучшить защиту.
Даже отличные материалы могут потерпеть неудачу из-за:
- Неправильная установка
- Тепловой удар
- Механическое воздействие
Необходимы правильный просвет и контролируемые циклы нагрева.
Газонепроницаемость является критическим, но часто упускаемым из виду фактором при выборе труб для защиты термопарой карбида кремния.
Различные материалы SiC имеют различные преимущества:
- Си-Си-Си (SiSiC) с реакционными связямиПредлагает превосходные характеристики уплотнения газов.
- Кристаллизированный СиК (R-SiC)обеспечивает исключительную высокотемпературную и коррозионную стойкость.
- SiC, связанный Si3N4обеспечивает отличную термостойкость и экономическую эффективность.
При правильном выборе материала всегда следует учитывать всю рабочую среду, а не только максимальную температуру.
Для приложений, требующих точного измерения температуры в сложных промышленных условиях, выбор правильного материала для защитных труб SiC имеет важное значение для повышения надежности,сокращение времени простоя, и продление срока службы термопары.
